JP2003521984A - 生体パラメータを検出するための方法及び装置 - Google Patents

生体パラメータを検出するための方法及び装置

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JP2003521984A JP2001557461A JP2001557461A JP2003521984A JP 2003521984 A JP2003521984 A JP 2003521984A JP 2001557461 A JP2001557461 A JP 2001557461A JP 2001557461 A JP2001557461 A JP 2001557461A JP 2003521984 A JP2003521984 A JP 2003521984A
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エルグハザウィー ジアード
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    • A61B5/7253—Details of waveform analysis characterised by using transforms
    • A61B5/7257—Details of waveform analysis characterised by using transforms using Fourier transforms

Abstract

(57)【要約】 生体パラメータを生体信号から検出するためのシステムは、生体信号源を有している。前記信号源に結合された回路は、生体信号におけるスペクトルピークを検出する。計算回路は、前記スペクトルピーク検出回路に結合されており、検出された各ピークに対応するパラメータ値を計算する。重み付け回路は、計算回路及びスペクトルピーク検出回路と結合されており、信号特徴及びピークに対応するパラメータ値に従って、各ピークに対して重み付けを行う。重み付け回路に結合された回路は、所定の基準に従ってピークを選択する。出力回路は、選択回路及び計算回路と結合されており、選択されたピークに対応するパラメータ値を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、所望の生体パラメータを生体電気信号から検出することに関し、よ
り明確には、人工産物を生体信号から除去することによって、より正確に所望の
パラメータを検出することに関する。
【０００２】 生体パラメータを電気生体信号から検出することがしばしば要求される。例え
ば、心臓の機能に関するパラメータは、公知の心電図記録システムによって検出
される。脳の機能に関するパラメータは、公知の脳波記録システムによって検出
され、血中酸素濃度及び脈拍数は、公知の酸素濃度計システムによって検出され
る。本明細書の以下の部分において、脈拍酸素濃度計システムがより詳細に記載
される。しかしながら、当業者が理解するであろうことは、この記載におけるシ
ステム、回路及び方法は、変更することによって、生体パラメータを電気生体信
号から検出するその他のシステムに適用することができる。
【０００３】 公知の酸素濃度計システムは、血中酸素濃度を検出するために光信号を使用す
る。２つの異なる波長の光が、血液が灌流する肉体部分に入射され、透過光また
は反射光のうちどちらか一方が検出され、電気生体信号に変換され、前記電気信
号は、処理されることによって血中酸素濃度の生体パラメータを検出し、これら
は全て公知の方法によって行われる。多くの要因によって雑音が電気信号に入る
ことは公知である。例えば、患者の動作、周囲光レベルの変化及び、より少ない
程度にであるが、電力配線及び／または酸素濃度計システム付近における、その
他の動作している電気機器からのＥＭＩである。
【０００４】 精度を向上させるため、多量の作業が行われることによって、このようなシス
テムに固有の雑音における電気酸素測定信号を正確に検出してきた。ある公知技
術によるシステムは、（雑音を含む）時間域電気生体信号を周波数域に変換し、
周波数域においてさらなる処理を行う。このようなシステムは、フーリエ変換を
使用することによって、電気生体信号を周波数域に変換している。より明確には
、ある形式の離散フーリエ変換、有利には高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が使用さ
れる。そして、周波数域信号は分析され、生体信号を雑音から分離し、所望のパ
ラメータを検出する。
【０００５】 ２０００年９月１９日にＫａｅｓｔｌｅらに対して発行された米国特許第６，
１２２，５３５号は、酸素測定センサによって発生する、赤外線を示す信号及び
赤色光を示す信号の両方について、ＦＦＴが計算されるシステムを開示している
。ＦＦＴから、振幅変換が、赤色信号及び赤外信号の両方に対して計算される。
両信号のうち一方の信号に対する振幅変換はｘ軸上にプロットされ、それに対し
て、他方の信号に対する振幅変換はｙ軸上にプロットされる。結果として生じる
ｘｙプロットはニードルと称され、前記ニードルは、起点から半径方向に延びて
いる。これらニードルの振幅及び角度並びに前記ニードルに関するその他のパラ
メータは、表にまとめられている。表における各記載事項は、様々な基準に従っ
て記録される。最高の記録を有する記載事項は、患者の実際の脈拍数を表してい
るものとして選択される。そして、前記記載事項に関する、ＦＦＴからのデータ
は処理され、脈拍数パラメータ及び血中酸素（ＳｐＯ２）パラメータを発生させ
る。
【０００６】 ２０００年７月２５日にＹｏｒｋｅｙらに対して発行された米国特許第６，０
９４，５９２号は、別のシステムを開示しており、前記別のシステムにおいて、
ＦＦＴは、酸素測定センサによって発生する、赤外線を表す信号及び赤色光を表
す信号の両方について計算される。ＳｐＯ２パラメータは、ＦＦＴにおけるそれ
ぞれの点に対して計算される。そして、ヒストグラムは、以前に計算された全て
のＳｐＯ２パラメータについて作成される。ＳｐＯ２パラメータのうち１つは、
ヒストグラム情報から、１セットの規則に従って選択される。このＳｐＯ２値は
、血中酸素パラメータとして表示される。
【０００７】 １９９９年７月２０日にＣｏｅｔｚｅｅらに対して発行された米国特許第５，
９２４，９８０号は、さらに別のシステムを開示しており、前記システムにおい
て、ＦＦＴは、酸素測定センサによって発生した、赤外線及び赤色光を表す信号
の両方について計算されている。この特許において、酸素測定センサによって発
生した光を表す信号の、「良好」部分及び「不良」部分は、前記光を表す信号を
「理想の」波形と比較することによって識別される。理想の波形を離れた部分は
、赤色光を表す信号と赤外線を表す信号とを相関させることによって識別され、
削除される。前記相関の結果として、雑音信号の悪影響は最小限とされ、ＳｐＯ ２ 値は比較的正確に計算される。
【０００８】 これらの従来技術に関する全てのシステムは、多量の処理を要求し、結果とし
て、多量の電力を必要とする。従来のシステムと比べて処理量及び消費電力が少
ないシステムが所望される。
【０００９】 本発明の原理によると、生体パラメータを生体信号から検出するためのシステ
ムは、生体信号源を含んでいる。前記信号源に結合された回路は、生体信号にお
けるスペクトルピークを検出する。計算回路は、前記スペクトルピーク検出回路
に結合されており、検出された各スペクトルピークに対応するパラメータ値を計
算する。前記計算回路及び前記スペクトルピーク検出回路に結合された重み付け
回路は、信号の特徴及びピークに対応するパラメータ値に従って、重量を各ピー
クに割り当てる。前記重み付け回路に結合されている回路は、所定の基準に従っ
てピークを選択する。そして、前記選択回路及び前記計算回路に結合された出力
回路は、選択されたピークに対応するパラメータ値を発生させる。
【００１０】 図１は、本発明の原理による血中酸素濃度（ＳｐＯ２）検出システムを表すブ
ロック図である。図１において、酸素測定センサ１０は、光源１４と光センサ１
６との組み合わせによって表されており、制御回路１００に接続されている。図
１において、制御器１０２の出力端子は、光源１４の入力端子に結合されている
。制御器１０２の別の出力端子は、制御回路１００内のその他の回路の、各制御
入力端子（図示せず）に結合されている。どのような制御信号が必要とされてい
るか、どのようにして前記制御信号を発生させるか、及び前記制御信号を、前記
制御信号を要求する制御回路１００内の回路とどのように相互に結合させるかを
、当業者は理解するであろう。
【００１１】 公知のように、光源１４は、血液が灌流する肉体５、例えば指または耳たぶに
入射する光を発するように構成されている。前記肉体５を透過した、または前記
肉体５から反射した光は、光センサ１６によって受光される。光センサ１６の出
力端子は、以下の直列接続に結合されている、すなわち、帯域通過フィルタ（Ｂ
ＰＦ）１０８、ＦＦＴ計算回路１１０、振幅計算器１１２、ピーク検出器１１４
、ＳｐＯ２値計算器１１８、ピーク重み付け回路１２０、ピーク選択回路１２２
、低調波検査回路１２４及びＳｐＯ２パラメータ及び脈拍数パラメータを表す出
力信号を発生させる回路１２６である。出力回路１２６の第１出力端子は、Ｓｐ
Ｏ２パラメータ値を発生させ、モニタ１２８の入力端子と結合されている。出力
回路１２６の第２出力端子は、脈拍数を表す信号を発生させる。
【００１２】 動作に関して、光源１４は、少なくとも２つの発光ダイオードを有する。すな
わち、制御器１０２からの制御信号に応じて、赤色波長で発光するものと、赤外
線の波長で発光するものと、である。制御器１０２は信号を光源１４に供給し、
前記光源１４を調整することによって、各波長の交流光信号を発生させる。別の
方法によると、制御器１０２は、発光ダイオードを調整することによって、相互
に他排的な期間中に発光させてもよい。前記期間は、どちらの発光ダイオードか
らも光が発せられない期間を含んでおり、これは、全て公知の方法に基づいてい
る。光センサ１６は光信号を受信し、前記光信号は、肉体５を透過したものか、
前記肉体５から反射したものかどちらかである。公知の方法によって、前記信号
は、適切な方法によって処理され、別個の赤色電気信号及び赤外電気信号を発生
させ、これら両信号は、光源１４の相応の発光ダイオードから受信した信号を表
している。この処理は、雑音フィルタ機能、ダーク（発光ダイオードが発光して
いない状態）期間における処理、利得制御及び可能であればディジタルサンプル
への変換を含んでおり、これは全て公知の方法に基づいている。図のその他の部
分において、赤色電気信号及び赤外電気信号は、明確に記載されていない場合、
単一の信号線によって表される。また、当業者は以下を理解するであろう、すな
わち、前記処理のある部分は制御回路１００内で行われてもよいが、このような
回路は、図面を簡略化するために図示されていないことである。
【００１３】 重要な電気生体信号は、０．５Ｈｚから５Ｈｚまでの周波数においてのみ存在
することが知られているので、帯域通過フィルタ１０８は、受信した光表現信号
をろ波し、この通過帯域内の周波数のみを通過させる。ＦＦＴ計算回路１１０は
、ろ波された赤色信号及び赤外信号の、周波数域への変換を行う。赤色ＦＦＴ及
び赤外線ＦＦＴは、振幅計算器１１２において、標準的な方法によって振幅変換
に変換される。回路１１４は、赤外信号のみの振幅ＦＦＴにおけるピークを検出
する。ピークを検出するための複数の公知の方法について、そのいかなるもので
も、ピークを検出するために赤外振幅ＦＦＴに対して使用してもよい。
【００１４】 図２は、図１におけるシステムにおいて有効な、スペクトルピークを検出する
方法を示す図である。図２において、赤外線振幅ＦＦＴは、周波数において、直
流点からジグザグに上昇している。ピークは、以下の場合いつでも検出される、
すなわち、赤外ＦＦＴの振幅が、開始点の振幅から少なくとも所定量（例えば３
００）だけ上昇する場合であり、これは、赤外ＦＦＴが所定量だけピーク以下に
下降する以前である。検出されたピークは、赤外ＦＦＴと、周波数及び振幅とを
関連づけられている。検出されたピークの周波数は、ＦＦＴにおける周波数位置
であり、前記周波数位置において最大振幅が検出され、前記周波数位置における
前記最大振幅はピーク振幅である。
【００１５】 より明確に図２を参照すると、典型的な赤外線振幅ＦＦＴが図示されている。
当業者が理解するであろうことは、このようなＦＦＴは、整理された振幅値のセ
ットからなり、各値は、相応の周波数における赤外信号の振幅を表している。し
かしながら、ピーク値を検出するための方法をさらに明確に記載するために、こ
の値のセットは、振幅スペクトルを表す線グラフによって表される。赤外ＦＦＴ
の振幅は、直流点２０２において開始し、直流値を所定の値（図示の実施例にお
いては３００）だけ超過した場合に検出されるように監視されている。図２にお
いて、これは点２０４において発生する。点２０４から、赤外ＦＦＴの振幅の最
大値は引き続き更新され、赤外ＦＦＴの振幅は、最大値から所定量（例えば３０
０）だけ減少した場合に検出されるように監視されている。より明確には、最大
量は点２０６において検出される。この最大量は、値Ｍ１及び周波数Ｆ１を有し
ている。このピークは、以下の場合に選択される、すなわち、赤外ＦＦＴの振幅
が、所定量（３００）だけ、最大振幅Ｍ１以下に降下した場合であり、この状態
は、点２０８において発生する。点２０８から、赤外ＦＦＴの振幅の最小値は引
き続き更新され、赤外ＦＦＴの振幅は、最小値から所定量（３００）だけ上昇し
た場合に検出されるように監視されている。より明確には、最小量は点２１０に
おいて検出される。この最小量は、以下の場合に選択される。すなわち、赤外Ｆ
ＦＴの振幅が、所定量（３００）だけ、点２１０において最小振幅を超過した場
合であり、この状態は、点２１２において発生する。最小点の振幅と周波数とは
、関連していない。
【００１６】 点２１０から、さらなるピークを検出するために上記のプロセスが繰り返され
る。結果として、上記のように、点２１２から、赤外ＦＦＴの振幅の最大値は引
き続き更新され、赤外ＦＦＴの振幅は、最大値から所定量（３００）だけ減少し
た場合に検出されるように監視されている。第２最大量は、点２１４において検
出される。この最大量は、値Ｍ２及び周波数Ｆ２を有している。このピークは、
以下の場合に選択させる、すなわち、赤外ＦＦＴが、所定量（３００）だけ最大
振幅Ｍ２以下に下降した場合であり、この状態は、点２１６において発生する。
全てのこのようなピークは、この方法によって検出される。さらに、これらのピ
ークは、以下のように処理される。別の方法によると、所定の最大ピーク数は、
さらに処理されてもよい（例えば１０〜３０）。この場合に、最大振幅を有する
１０〜３０のピークは、以下のようにさらに処理され、残りは破棄される。
【００１７】 計算回路１１８は、ピーク検出回路１１４によって識別された各ピークの周波
数に対するＳｐＯ２値を計算する。このような各ピークに対して、前記計算は、
以下の等式（１）において与えられている比率Ｒに基づいており、前記等式（１
）において、ＡＣｒｅｄは、赤外ＦＦＴにおいて検出されたピークの位置におけ
る赤色ＦＦＴの振幅を表している。ＤＣｒｅｄは、零周波数（直流）位置におけ
る、赤色ＦＦＴの振幅を表している。ＡＣｉｒは、前記ピークの位置における、
赤外ＦＦＴの振幅を表しており、ＤＣｉｒは、零周波数（直流）位置における、
赤外ＦＦＴの振幅を表している。そして、比率Ｒは、実験的に決定されたルック
アップテーブルへの入力パラメータとして使用され、前記比率に対応するＳｐＯ ２ 値を決定する。
【００１８】
【数３】
【００１９】 そして、ピーク検出器１１４によって検出された各ピークは、重み付け回路１
２０によって重み付けされる。前記重み付けは、概して、計算回路１１８におい
て計算されたＳｐＯ２値及びその他の信号特徴に基づいている。これらの信号特
徴は、生体信号そのもの、またはその他の信号に関連していてもよい。前記その
他の信号は、幽霊画法の図１において、重み付け回路１２０の第２入力端子に結
合されている信号線によって示されている。これらの信号特徴は、例えば、１つ
またはそれ以上の信号の値、傾斜、または積分関数もしくはその他の関数とする
ことができ、前記信号は、時間域及び周波数域のどちらか一方における生体信号
を含んでいる。
【００２０】 図示の実施例において、重量Ｗは、以下の等式（２）に示すように計算される
、すなわち、計算回路１１８によって計算されたＳｐＯ２値を取り入れ、二乗し
、相応の赤外ＦＦＴピークの振幅（ＡＣｉｒ）を乗じることによって、前記ピー
クに対応する重量Ｗを求める。
【００２１】 Ｗ＝（ＳｐＯ２）２・ＡＣｉｒ （２） 選択回路１２２は、所定の基準に従ってピークを選択する。図示の実施例にお
いて、最大重量Ｗを有するピークは、実際の脈拍数を表すピークとして選択され
る。
【００２２】 しかしながら、選択回路１２２によって選択されたピークが０．７５Ｈｚと１
．４Ｈｚとの間にある場合、このピークの周波数は、脈拍数ではなく、脈拍数の
最初の高調波を表している可能性があり、基本周波数を表すスペクトルピークは
雑音によっておおわれている可能性がある。従って、脈拍数を表すピークを最終
的に選択する前に、任意ににもう１回検査を行ってもよい。
【００２３】 検査回路１２４は、選択回路１２２によって選択されたピークの周波数を検査
し、前記周波数が０．７５Ｈｚと１．４Ｈｚとの間にあるかどうか決定する。そ
うである場合、選択されたピークによって表される周波数の１／２において、振
幅赤外ＦＦＴの位置は、前記位置がピークとして識別されたかどうかを決定する
ために検査される。前記位置がピークではない場合、選択回路１２２によって最
初に選択されたピークは、ピークとして選択され、脈拍数及び、前記ピークに対
応するＳｐＯ２値は、出力回路１２６の出力端子において発生し、モニタ１２８
に表示される。
【００２４】 一方、選択回路１２２によって最初に選択されたピークの周波数の１／２にお
いて、赤外振幅ＦＦＴの位置もピークとして決定された場合、前記ピーク（下方
ピーク）の振幅は、選択回路１２２によって最初に選択されたピーク（上方ピー
ク）の振幅と比較される。下方ピークの振幅が、上方ピークの振幅の２倍より大
きい場合、下方ピーク及び上方ピークに対して計算されたＳｐＯ２値が比較され
る。下方ピークに対するＳｐＯ２値（百分率で表される）が２パーセント以上で
、上方ピークに対するＳｐＯ２値より大きい場合、下方ピークは基本であると仮
定され、下方ピークの周波数は脈拍数を表していると仮定される。この場合、下
方ピークに対応する脈拍数及びＳｐＯ２値は、出力回路１２６の出力端子におい
て発生し、モニタ１２８に表示される。その他の方法によると、上方ピークが基
本であると仮定され、上方ピークに対応する脈拍数及びＳｐＯ２値は、出力回路
１２６の出力端子において発生し、モニタ１２８に表示される。
【００２５】 図１に示すシステムは、別個の、内部接続されたハードウェア素子からなるも
のとして上記のように記載されており、このようなシステムは上述の方法で実行
することができるであろう。しかしながら、当業者は以下を理解するであろう、
すなわち、制御回路１００も、コントロールプログラムの制御下で動作するコン
ピュータシステムとして実行することができ、前記システムにおいて、光センサ
１６から受信された信号は、ＡＤ変換器によって、公知の方法でディジタル形式
のサンプルに変換される。ディジタルサンプルはコンピュータ１００によって受
信され、全てのろ波、変換及びその他の計算並びに比較は、メモリ（図示せず）
に記憶されたプログラムの制御下にあるコンピュータによって、全て公知の方法
に従って実行される。
【００２６】 電気赤色光信号及び電気赤外光信号におけるスペクトルピークを検出すること
によって、実行されなければならない計算量は、従来技術による方法に関して、
上述のように減少し、結果として脈拍数及びＳｐＯ２値を検出するために必要な
電力もまた減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の原理による血中酸素濃度（ＳｐＯ２）検出システムを示すブ
ロック図である。
【図２】 図２は、図１のシステムにおいて使用されるスペクトルピークを検出する方法
を示す図である。
【符号の説明】
５ 肉体、 １０ 酸素測定センサ、 １４ 光源、 １６ 光センサ、 １
００ 制御回路、 １０２ 制御器、 １０８ 帯域通過フィルタ、 １１０
ＦＦＴ計算回路、 １１２ 振幅計算器、 １１４ ピーク検出器、 １１８
ＳｐＯ２値計算器、 １２０ ピーク重み付け回路、 １２２ ピーク選択回路
、 １２４ 低調波検査回路、 １２６ 出力回路
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年３月５日（２００２．３．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【数１】 ＡＣｒｅｄは、各ピークにおける、変換された赤色信号の振幅を表し、ＤＣｒｅ
ｄは変換された赤色信号の直流振幅を表し、ＡＣｉｒは各ピークにおける、変換
された赤外信号の振幅を表し、ＤＣｉｒは赤外信号の直流振幅を表し、 前記計算回路は、比率Ｒに従ってＳｐＯ２値を調べるためのルックアップテー
ブルを有している、請求項１３記載のシステム。
【数２】 上記等式において、ＡＣｒｅｄは、各ピークにおける変換された赤色信号の振幅
を表し、ＤＣｒｅｄは、変換された赤色信号の振幅を表し、ＡＣｉｒは、各ピー
クにおける変換された赤外信号の振幅を表し、ＤＣｉｒは赤外信号の直流振幅を
し、 前記計算ステップは、比率Ｒに従って、ＳｐＯ２値をルックアップテーブルか
ら調べるステップを含んでいる、請求項３２記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】 １９９９年７月２０日にＣｏｅｔｚｅｅらに対して発行された米国特許第５，
９２４，９８０号は、さらに別のシステムを開示しており、前記システムにおい
て、ＦＦＴは、酸素測定センサによって発生した、赤外線及び赤色光を表す信号
の両方について計算されている。この特許において、酸素測定センサによって発
生した光を表す信号の、「良好」部分及び「不良」部分は、前記光を表す信号を
「理想の」波形と比較することによって識別される。理想の波形を離れた部分は
、赤色光を表す信号と赤外線を表す信号とを相関させることによって識別され、
削除される。前記相関の結果として、雑音信号の悪影響は最小限とされ、ＳｐＯ ２ 値は比較的正確に計算される。 １９９７年５月２７日にＤｉａｂらに発行された米国特許第５，６３２，２７ ２号は、（とりわけ血中酸素測定に関して、）係数によって関連付けられた、２ つの測定された信号を分析するためのシステムを開示している。 Ｊ．Ｅ．Ｓｃｈａｒｆらによる「Ｐｕｌｓｅ Ｏｘｉｍｅｔｒｙ Ｔｈｒｏｕ ｇｈ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ」は、パルス酸素測定波形の信号処 理のために、スペクトル分析を使用することを開示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ジアード エルグハザウィー アメリカ合衆国 マサチューセッツ ニュ ートン シェリダン ストリート 115 Ｆターム(参考） 4C027 AA02 AA03 FF00 FF02 GG07 GG11 4C038 KK01 KL05 KL07 KM01 KX02

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生体信号源と、 前記信号源に結合され、生体信号におけるスペクトルピークを検出する回路と
    、 前記スペクトルピーク検出回路に結合され、検出された各スペクトルピークに
    対応するパラメータ値を計算する計算回路と、 前記計算回路に結合され、信号特徴及び前記ピークに対応するパラメータ値に
    従って各信号に重み付けを行う重み付け回路と、 前記重み付け回路に結合され、所定の基準に従ってピークを選択する回路と、 前記選択回路及び前記計算回路に結合され、選択されたピークに対応するパラ
    メータ値を発生させる出力回路と、を有する、生体パラメータを生体信号から検
    出するためのシステム。
  2. 【請求項２】 信号源とスペクトルピーク検出回路との間に帯域通過フィル
    タを有する、請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】 スペクトルピーク検出回路は、 信号源に結合されており、生体信号を周波数域に変換するための変換回路と、 生体信号の周波数域変換におけるスペクトルピークを検出するための回路と、
    を有する、請求項１記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記変換回路はフーリエ変換回路を有する、請求項３記載の
    システム。
  5. 【請求項５】 フーリエ変換回路はＦＦＴ回路を有しており、スペクトルピ
    ーク検出回路は、生体信号のＦＦＴ変換の振幅を計算するための回路と、振幅Ｆ
    ＦＴ変換におけるピークを検出するための回路とを有する、請求項４記載のシス
    テム。
  6. 【請求項６】 重み付け回路は、１つまたはそれ以上の信号のそれぞれの信
    号特徴及びピークに対応するパラメータ値に従って各ピークに対して重み付けを
    行う、請求項１記載のシステム。
  7. 【請求項７】 重み付け回路は、検出されたスペクトルピークの振幅及びピ
    ークに対応するパラメータ値に従って各ピークに対して重み付けを行う、請求項
    １記載のシステム。
  8. 【請求項８】 選択回路は、最大重量を有するピークを選択する、請求項１
    記載のシステム。
  9. 【請求項９】 生体信号源と、 前記信号源に結合されており、生体信号におけるスペクトルピークを検出する
    ための回路と、 前記スペクトルピーク検出回路に結合されており、検出された各スペクトルピ
    ークに対応するＳｐＯ２値を計算するための計算回路と、 前記計算回路及び前記スペクトルピーク検出回路に結合されており、検出され
    た各スペクトルピークの振幅及びピークに対応するＳｐＯ２値に応じて、各ピー
    クに重み付けを行う重み付け回路と、 前記重み付け回路に結合され、最大重量を有するピークを選択するための回路
    と、 前記選択回路及び前記計算回路に結合され、選択されたピークに対応するパラ
    メータ値を発生させるための出力回路と、を有する、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）
    を生体信号から検出するためのシステム。
  10. 【請求項１０】 信号源と検出回路との間に帯域通過フィルタを有する、請
    求項９記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 帯域通過フィルタの通過帯域は、約０．５Ｈｚと約５Ｈｚ
    との間である、請求項１０記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 信号源は、受信された赤色光を表す赤色信号の信号源及び
    受信された赤外線を表す赤外信号の信号源を有する、請求項９記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 スペクトルピーク検出回路はフーリエ変換回路を有し、前
    記フーリエ変換回路は、それぞれ赤色信号及び赤外信号に対応する、変換された
    赤色信号及び赤外信号を発生させ、前記検出回路は、変換された赤外信号におけ
    るピークを検出する、請求項１２記載のシステム。
  14. 【請求項１４】 フーリエ変換回路はＦＦＴ回路を有しており、ピーク検出
    回路は、赤外信号の振幅変換を発生させ、赤外信号の振幅変換におけるピークを
    検出するための回路を有する、請求項１３記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 計算回路は、以下の等式に従って比率Ｒの値を計算するた
    めの回路を有し、 【数１】 ＡＣｒｅｄは、各ピークにおける、変換された赤色信号の振幅を表し、ＤＣｒｅ
    ｄは変換された赤色信号の直流振幅を表し、ＡＣｉｒは各ピークにおける、変換
    された赤外信号の振幅を表し、ＤＣｉｒは赤外信号の直流振幅を表し、 前記計算回路は、比率Ｒに従ってＳｐＯ２値を調べるためのルックアップテー
    ブルを有している、請求項１３記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 重み付け回路は、重量Ｗを以下の等式に従って計算するた
    めの回路を有し、 Ｗ＝（ＳｐＯ２）２・ＡＣｉｒ ＡＣｉｒは、各ピークにおける変換された赤外信号の振幅を表す、請求項１３記
    載のシステム。
  17. 【請求項１７】 検出された各ピークは周波数と関連付けられている請求項
    ９記載のシステムであって、前記システムは以下を行うための回路を有する、す
    なわち、 選択されたピークと関連付けられた周波数が所定の周波数領域内にあるかどう
    かを決定し、選択されたピークと関連付けられた周波数が所定の周波数領域内に
    ある場合、 選択されたピークと関連付けられた周波数の、一方の半分における変換された
    信号もまたピークであるかどうかを検査し、選択されたピークと関連付けられた
    周波数の、一方の半分における変換された信号もまたピークである場合、 選択されたピークと関連付けられたそれぞれの振幅と、選択されたピークと関
    連付けられた周波数の、一方の半分におけるピークとを比較し、 選択されたピークと関連付けられた周波数の、一方の半分におけるピークが、
    選択されたピークの振幅より所定係数分だけ大きい場合、及び選択されたピーク
    と関連付けられた周波数の、一方の半分におけるピークと関連付けられたＳｐＯ ２ 値が、選択されたピークと関連付けられたＳｐＯ２値より所定量だけ大きい場
    合、選択されたピークと関連付けられた周波数の、一方の半分におけるピークを
    選択するための回路である、請求項９記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 所定の係数は実質的に２である、請求項１７記載のシステ
    ム。
  19. 【請求項１９】 ＳｐＯ２値は百分率で表され、所定量は実質的に２％であ
    る、請求項１７記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 所定周波数領域は、約０．５Ｈｚから約１．４Ｈｚである
    、請求項１７記載のシステム。
  21. 【請求項２１】 コントロールプログラムの制御下で動作するコンピュータ
    システムに含まれている、請求項９記載のシステム。
  22. 【請求項２２】 生体パラメータを生体信号から検出するための方法であっ
    て、前記方法は以下のステップを含む、すなわち、 パラメータを表す生体信号を受信するステップと、 生体信号におけるスペクトルピークを検出するステップと、 各ピークに対応する生体パラメータを計算するステップと、 各ピークに対して、信号特徴及び前記ピークに対応する生体パラメータに従っ
    て重み付けを行うステップと、 所定の基準に従ってピークを選択するステップと、 選択されたピークに対応する生体パラメータを発生させるステップと、である
    、生体パラメータを生体信号から検出するための方法。
  23. 【請求項２３】 ピーク検出ステップ以前に、生体信号の帯域幅を制限する
    ステップを含む、請求項２２記載の方法。
  24. 【請求項２４】 ピーク検出ステップは以下のステップを含む、すなわち、 生体信号のフーリエ変換を計算するステップと、 生体信号の変換におけるピークを検出するステップと、である、請求項２２記
    載の方法。
  25. 【請求項２５】 ピーク検出ステップは、生体信号の振幅フーリエ変換を計
    算するステップを含む、請求項２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】 重み付けステップは、１つまたはそれ以上の信号における
    それぞれの特徴及びピークに対応する生体パラメータに従って、各ピークに対し
    て重み付けを行うステップを含む、請求項２２記載の方法。
  27. 【請求項２７】 重み付けステップは、ピークの振幅及びピークに対応する
    生体パラメータに従って、各ピークに重み付けを行うステップを含む、請求項２
    ６記載の方法。
  28. 【請求項２８】 選択ステップは、最大重量を有するピークを選択するステ
    ップを含む、請求項２２記載の方法。
  29. 【請求項２９】 血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を生体信号から検出するための
    方法であって、前記方法は以下のステップを含む、すなわち、 ＳｐＯ２値を表す生体信号を受信するステップと、 生体信号におけるスペクトルピークを検出するステップと、 各ピークに対応するＳｐＯ２値を計算するステップと、 ピークの振幅及びピークに対応するＳｐＯ２値に従って、各ピークに重み付け
    を行うステップと、 最大重量を有するピークを選択するステップと、 前記選択されたピークに対応するＳｐＯ２値を発生させるステップと、である
    、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を生体信号から検出するための方法。
  30. 【請求項３０】 検出ステップ以前に、生体信号の帯域幅を制限するステッ
    プを含む、請求項２９記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記制限ステップは、帯域幅を、約０．５Ｈｚから約５Ｈ
    ｚまでの間に制限するステップを含む、請求項３０記載の方法。
  32. 【請求項３２】 受信ステップは、受信された赤色光を表す赤色信号及び受
    信された赤外線を表す赤外信号を受信するステップを含み、 変換ステップは、赤色信号及び赤外信号を、それぞれ変換された赤色信号及び
    変換された赤外信号に変換するステップを含み、 検出ステップは、変換された赤外信号におけるピークを検出するステップを含
    む、請求項２９記載の方法。
  33. 【請求項３３】 変換ステップは、赤色信号及び赤外信号を、それぞれ振幅
    変換された赤色信号及び振幅変換された赤外信号に変換するステップを含む、請
    求項３２記載の方法。
  34. 【請求項３４】 変換された生体信号は直流振幅を有し、計算ステップは、 比率Ｒを以下の等式に従って計算するステップを含み、 【数２】 上記等式において、ＡＣｒｅｄは、各ピークにおける変換された赤色信号の振幅
    を表し、ＤＣｒｅｄは、変換された赤色信号の振幅を表し、ＡＣｉｒは、各ピー
    クにおける変換された赤外信号の振幅を表し、ＤＣｉｒは赤外信号の直流振幅を
    し、 前記計算ステップは、比率Ｒに従って、ＳｐＯ２値をルックアップテーブルか
    ら調べるステップを含んでいる、請求項３２記載の方法。
  35. 【請求項３５】 重み付けステップは、重量Ｗを以下の等式に従って計算す
    るステップを含み、 Ｗ＝（ＳｐＯ２）２・ＡＣｉｒ 上記等式において、ＡＣｉｒは、各ピークにおける、変換された赤外信号の振幅
    表す、請求項３２記載の方法。
  36. 【請求項３６】 検出された各ピークは周波数と関連付けられている請求項
    ２９記載の方法であって、前記方法は、選択ステップの後、以下のステップを含
    む、すなわち、 選択されたピークと関連付けられた周波数が所定の周波数領域内にあるかどう
    かを決定するステップと、前記選択されたピークと関連付けられた周波数が所定
    の周波数領域内にある場合、 前記選択されたピークと関連付けられた周波数の、一方の半分における変換さ
    れた信号もまたピークであるかどうかを検査するステップと、であり、選択され
    たピークと関連付けられた周波数の、一方の半分における変換された信号もまた
    ピークである場合、以下のステップが実行される、すなわち、 選択されたピークと関連付けられたそれぞれの振幅と、選択されたピークと関
    連付けられた周波数の、一方の半分におけるピークとを比較するステップと、 選択されたピークと関連付けられた周波数の、一方の半分におけるピークが、
    選択されたピークの振幅を所定係数倍したものより大きい場合、及び選択された
    ピークと関連付けられた周波数の、一方の半分におけるピークと関連付けられた
    ＳｐＯ２値が、選択されたピークと関連付けられたＳｐＯ２より所定量だけ大き
    い場合、選択されたピークの周波数の、一方の半分におけるピークを選択するス
    テップと、である、請求項２９記載の方法。
  37. 【請求項３７】 所定の係数は実質的には２である、請求項３６記載の方法
    。
  38. 【請求項３８】 ＳｐＯ２値は百分率で表され、所定量は実質的に２％であ
    る、請求項３６記載の方法。
  39. 【請求項３９】 所定の周波数領域は、約０．５Ｈｚから約１．４Ｈｚまで
    である、請求項３６記載の方法。
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